文章目錄

• 一、前言
• 二、本次實(shí)驗(yàn)的編碼器
• 三、編碼器與STM32的連接
• 四、CubeMX的配置
• • 4.1、RCC
  • 4.2、Clock Configuration
  • 4.3、TIM2
  • 4.4、生成代碼
• 五、Keil
• • 5.1、Target
  • 5.2、C/C++
  • 5.3、Debug
• 六、代碼
• • 6.1、main.c
• 七、DEBUG
• • 7.1、用手讓步進(jìn)電機(jī)逆時(shí)鐘旋轉(zhuǎn)約1圈
  • 7.2、用手讓步進(jìn)電機(jī)順時(shí)鐘旋轉(zhuǎn)約1圈
• 八、示波器
• 九、細(xì)節(jié)補(bǔ)充
• • 9.1、Encoder Mode

一、前言

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STM32工程：

鏈接：https://pan.baidu.com/s/1o4lovPLwxNpSxf_jlLvCBA
提取碼：hf2i

STM32F407，STM32F103，STM32H743的TIM都有編碼器的功能。STM32的TIM上的編碼器功能真的非常強(qiáng)大，它是純硬件計(jì)算的，意味著MCU不需要參與脈沖數(shù)的計(jì)算（所以不需要進(jìn)入中斷做累加了），MCU只需要在合適的時(shí)間上讀一下脈沖總數(shù)即可。如果你的閉環(huán)控制頻率是500Hz的話，那么每2ms就需要讀一下脈沖總數(shù)。通過STM32CubeMX可以非常便利地使用STM32的編碼器功能去讀取編碼器反饋的脈沖數(shù)，在CubeMX生成的代碼后，添加一點(diǎn)點(diǎn)代碼就能實(shí)現(xiàn)該功能了。

有關(guān)步進(jìn)電機(jī)與編碼器的知識(shí)介紹，可以查看廣州硬石科技《硬石YS-F4Pro開發(fā)板開發(fā)手冊(cè)》從第40章開始。在嵌入式運(yùn)動(dòng)控制領(lǐng)域，廣州硬石科技算是資料比較多的。

在機(jī)器人開發(fā)中，我經(jīng)常使用步進(jìn)電機(jī)。為了能夠?qū)崿F(xiàn)運(yùn)動(dòng)的閉環(huán)控制，步進(jìn)電機(jī)是一定要增加編碼器的。如下圖所示：

**雖然這邊博文不是介紹編碼器的基本知識(shí)，但是為了看懂代碼的目的。**編碼器的關(guān)鍵參數(shù)需要了解一下：

1、分辨率

其實(shí)就是電機(jī)的轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)一周，編碼器的A相或B相（就是一個(gè)相）輸出多少個(gè)脈沖信號(hào)而已。如下圖的編碼器所示，電機(jī)的轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)一周，編碼器的某一個(gè)相反饋3600個(gè)脈沖。

2、脈沖的電壓

脈沖其實(shí)就是PWM信號(hào)，有1與0兩種狀態(tài)。一定要弄清楚脈沖的1是多少V（最好用示波器確認(rèn)好！！！），不小心的話會(huì)燒掉芯片。STM32芯片基本都是支持3.3V與5V（容忍值，在芯片手冊(cè)能查到是否支持5V）。

如下這個(gè)編碼器，當(dāng)VCC與GND接入5V時(shí)，它的脈沖的最高電壓就是5V。

3、編碼器的相數(shù)

一般的工業(yè)控制，采用兩相（A/B相）的編碼器足夠。如下圖所示，使用A相/B相就好了，細(xì)心的同學(xué)肯定發(fā)現(xiàn)，不是還有一個(gè)Z相嗎？答案是，是有Z相，但是它的作用是電機(jī)的轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)一周后，才反饋一個(gè)脈沖。其實(shí)就是反饋電機(jī)轉(zhuǎn)了多少圈。這個(gè)Z相真的沒什么用，原因是我通過A/B相也能知道電機(jī)旋轉(zhuǎn)的多少圈，而且轉(zhuǎn)了1/360也能測(cè)出來(lái)。但是Z相的話，只能測(cè)試1，2，3，4圈，無(wú)法測(cè)量0.5圈，0.3圈。

二、本次實(shí)驗(yàn)的編碼器

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分辨率：1000線 （意思是電機(jī)的轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)一周，A相反饋1000個(gè)脈沖，B相也會(huì)反饋1000個(gè)脈沖）

脈沖電壓：5V （博文最后，有示波器的觀察，可以看到電壓）

編碼器相數(shù)：A/B相（Z相是電機(jī)轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)一周，才反饋一個(gè)脈沖）

三、編碼器與STM32的連接

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編碼器與單片機(jī)需要在同一個(gè)GND上（不然單片機(jī)與編碼器怎么溝通呀），接著給編碼器輸入5V電源。

四、CubeMX的配置

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4.1、RCC

4.2、Clock Configuration

4.3、TIM2

選擇TIM2的原因是，只有TIM2與TIM5是32位的計(jì)數(shù)器（-2147483648 ~ 2147483647），其他TIM都是16位的計(jì)數(shù)器（-32768 ~ 32767）。說(shuō)白了，當(dāng)步進(jìn)電機(jī)在旋轉(zhuǎn)時(shí)，16位的計(jì)數(shù)器會(huì)頻繁溢出，程序里要做好計(jì)數(shù)器溢出的處理。當(dāng)使用TIM2與TIM5的32位計(jì)數(shù)器時(shí)，我覺得就可以省去了處理"計(jì)數(shù)器溢出"的問題了。

博文的后面，會(huì)解釋為什么選用"Encoder Mode TI1 and TI2"即4倍頻模式。

4.4、生成代碼

五、Keil

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5.1、Target

5.2、C/C++

5.3、Debug

六、代碼

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6.1、main.c

七、DEBUG

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7.1、用手讓步進(jìn)電機(jī)逆時(shí)鐘旋轉(zhuǎn)約1圈

用手?jǐn)Q著電機(jī)的轉(zhuǎn)軸逆時(shí)鐘旋轉(zhuǎn)一周（手動(dòng)很難做到剛剛好的1圈），encoder_Counter = 4040（Encoder Mode TI1 與 TI2的四倍頻模式），編碼器是1000線 * 4倍頻 = 4000個(gè)脈沖。脈沖的方向是：0x01（可以說(shuō)是CW，也可以說(shuō)是CCW。這取決于我們項(xiàng)目的定義）

7.2、用手讓步進(jìn)電機(jī)順時(shí)鐘旋轉(zhuǎn)約1圈

程序復(fù)位后，用手?jǐn)Q著電機(jī)的轉(zhuǎn)軸順時(shí)鐘旋轉(zhuǎn)一周（手動(dòng)很難做到剛剛好的1圈），encoder_Counter = -4040（Encoder Mode TI1 與 TI2的四倍頻模式），編碼器是1000線 * 4倍頻 = 4000個(gè)脈沖。脈沖的方向是：0x00（可以說(shuō)是CW也可以說(shuō)是CCW。但是，如果0x01是CW的話，那么CCW肯定就是CCW）

八、示波器

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最后，我用示波器觀察一下電機(jī)的B相。步進(jìn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)時(shí)，B相究竟會(huì)輸出怎么樣的電平。從GIF圖看到，脈沖的高電平電壓是5V左右。

九、細(xì)節(jié)補(bǔ)充

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9.1、Encoder Mode

Encoder Mode一共有三種模式：

1、Encoder Mode TI1

2、Encoder Mode TI2

3、Encoder Mode TI1 and TI2

其實(shí)，這三種模式是決定定時(shí)器計(jì)數(shù)的方式，如下圖所示：

通過時(shí)序圖來(lái)理解Encoder Mode TI1 and TI2為什么能將脈沖數(shù)4倍頻，也解釋了TIM是如何判斷脈沖的方向。

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的STM32F407+CubeMX-使用TIM计算编码器的脉冲总数，并计算脉冲方向的全部?jī)?nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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